Roadmap Industrie 4.0 - Strukturierte Umsetzung von Smart Production and Services in Unternehmen

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Martin Tschandl, Ernst Peßl, Siegfried Baumann

Roadmap Industrie 4.0 - Strukturierte Umsetzung von Smart Production and Services in Unternehmen

Industrie 4.0 ist ein Marketing-bzw. Kommunikationslabel. das seit 2011 in (Wirtschafts-)Politik und Wissenschaft die seit Jahrzehnten fortschreitende Aucomatisicrung und Digitalisierung in Produktionsunternehmen beschreibt und weiter vorancreibt. Zusammengefassr soll es Unternehmen unterstützen, die Produktivität zu erhöhen (Effizienz), stiir- ker auf individuelle Kundenwünsche einzugehen (Flexibilirär), neue Geschäftsfelder zu erschließen und für (poren- Liellc) Mitarbeiter attraktiver zu werden. Auf ihrem Weg zu „Smart Producrion and Services" müssen Unternehmen in einem spezifischen Straregieprozess eine lndustrie-4.0-Standortbestimmung vornehmen. Die dann zu definierenden Ziele und Strategien werden für jedes Unternehmen unterschiedlich sein. Mit einem Framework zur Entwicklung einer individuellen Roadmap zur Einführung von Industrie 4.0 können Uncernehmcn relevante Handlungsfelder- Ein- kauf. Produktion, lntralogisrik. Vertrieb und Mensch - hinsichtlich deren lndustrie-4.0-Reife untersuchen und daraus Ziele und Maßnahmen ableiten.

1. Einführung

Verfolge man den aktuellen H) pe rund um Industrie 4.0. encsteht der [indruck.

die industrielle f'ertigung der Zukunft bewege sich in Richtung Sciencc-ric- tion: ßig Data. Cloud-LÖ>ungcn. i'vlo- bile Compuring und das lncernet der Dinge legen neben Technologiesprün- gen in der Sen~orik den Grundstein

>ur ... ogenannren vierten indu"irriellcn RH volution. Die 1 abrik der Zukunft ist quasi eine Kommunikationsfabrik:

( sbn l'l11"cal '>vsten1' (Cl'Sl. Radio l·requemy kknnfic.1t1nn RI ID). I mbe- dded \ntcms 'I \ .. \emorcn, Akwren.

111oh1k l"nd~cr.ite und Produktions- .1nlJgt . .'ll ... 1nd 1111rcin„1ndc1

Internet der Dinge lol

und .lll ... l h n D.ncn 111 ncr

h.111' ,In \\ t 1 ksh.1lkn ,HIS.

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uhcr da\

snhunden und aui\er- AuronomL

Objekre (WerkstL1cke, Lager-und För- d~rsysteme, Roborcr sowie 1\laschinen und ßetrieb1minel). mobile Kommuni- btion und l·.chueitsensorik erbuben neue Paradigmen der de1_entrakn Fer- tigung>i';tcucrung Baw:rnh,111.;;I 2c14, Roch 2ot6. ~parh et al. w13).

Die Wucht der porcn1iellcn rechno- logischen und organi><1cori1chen Ver- .lllderungen h.iL bisher rn1en Teil der Unternehmen d.won .1bgeh,1lren. eine C'\plizire Indu~rriL"-4.c-.~tLltcgie 1u ge- neriercn oder sy"1tc111;Hi1iLh 111 lndu,rne- 4.0-Fahigkciren J:Ll in\·c..,tien.:n AK4.c 2c16. 1 olgcndc Grunde sind .1111ufuh- n.:n, w.lrum die Poren11.1lt' \On .. 'irn,1rt l'roduction ,llld ~crs 1ce,·' spe11ell bei der Dig1tdli1ierung der vemkalcn un- ternch 111en ... eigencn \Vl'n \l hopfu ng.

und den hori1ont.1len \Vcn1chopfungs ketten 1\\ 11chen Unternehmen rcil-

wei1e brach liegen (Tsch.indl & Mall.i- sch1tz 2c16 :

• hohe lnsnririomkosten aufgrund 111<1 ngel nder 1 nclusrrie-4.c-Taugl ich- keit der bcsrehcnclen Produktiom- 1nfrastruktur.

• fehlende Tr.1111p.11-cn1 bzw. ~an

rill11c-rharkett de, NurLens von ln- duscne 4.0.

• Bedenken 1u1 or1?,.lllis.uori1chcn Verandcrungsf:1higkeir in den Un- ternehmen und 1ur (1 !-)Sicherheit bci de1 l mplemcntieru ng.

[inc ,, . ..,tenuri,chc Linfldnung b1w.

Re,1lisicrung s·on Industrie 4.c ,;eilt d,1- her fur s icle Unternehmen eine l\roi\e Her.rnsforckrung dar. Vermehrt, tritt d1t· 1 r.1gc n.Kh einem Reifegrad- b7\·\.

Vorgchcn1.,modd 1 / ur ... rru ktu ricrrcn Un1..,L'ttung HHl lndu..,LriL' ...J..C ~wf.

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2. Vorgehensmodelle

Reifegradlllodelle dienen zur Stando1 t- und Zielbestimlllung und bestehen aus mehreren Kriterien, die zu Di111en- sionen (z.B. Produkte, Abteilungen) zusa111111engefasst werden. jedes Krite- rium wird durch lllehrere Ausprägungs- stufen (Reifegrade oder Reifestufen) beschrieben. Bekannte Reifegrad1110- delle aus anderen Fachdisziplinen sind das European Foundation for ~ality Managelllent (EF~1)-Modell, Process and Enterprise Maturity Model (PEEM.

Hallllller 2007) oder das Capability Ma- turity (CMMl)-Modell.

Vorgehenslllodelle hingegen unter- stützen Unternehmen bei der Ulllsec- zung konkreter Vorhaben, indelll sie die Vorgehensschricce ZUlll Erreichen eines Zieles 111odellhafc abbilden. Die Gesamcaufgabe wird in einzelne klei- ne Prozessschritte - einfaches Beispiel:

lsc-Analyse. Soll-Profil-Erlllitclung und Ableitung von Maßnahlllen - unterteile und beschrieben. Dad!.lrch wird die Kolllplexität des Vorhabens reduziert sowie die Planung und das Conrrol- ling des Projektes gefördert. Zusätzlich bilden Vorgehenslllodelle auch den Rahmen für den Einsatz von Metho- den und Werkzeugen in den einzelnen Phasen des l 111plementierungsprozesses (Leillleister 2012). Reifegradlllodelle können isoliert verwendet oder in ein Vorgehenslllodell zur Ulllsetzung von Industrie 4.0 eingebettet werden.

Für den Einsatz von Reifegradlllo- dellen in der betrieblichen Praxis isc die methodische Gestaltung von gro- ßer Bedeutung. 1111 konkreten Projekt wird eine fünfscufige Skala zur Rei- fegrader111icclung von Industrie 4.0 i111 Unterneh111en verwenclec, wobei „Scufe 1" als Basis und „Stufe 5" als maxi111a- le Ausprägung deliniert ist. Jede dieser Reifegradscufen enthält Kriterien, die erfüllt sein müssen, damit die Scufe als erreicht gilt. Unternehmen können durch Selbstbewertung/Assess111encs ihren Rei fegrad ermitteln. i nde111 für jedes Kriceriu111 die vorhandene Aus- prägungsswfe dargestellt wird. Je stär- ker die einzelnen Kriterien ausgeprägt sind. desto höher isc der Reifegrad im Unternehmen (Allweyer & KnuppertL 2009). Abbildung 1 zeigt einen Auszug von Reifegrad- und Vorgehens111odellen wr Selbstbewertung und Umsetwng von Industrie 4.0 in Unternehmen.

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Autor Reifegrad- und Vorgehensmodelle

Merz (2016)

Das Voryehensmodell m rE ntwicklung einerlndustrie4.0-Elnftihrungsstrategie ist in drei wesentliche Scllritte unterteilt 14 0-/S:-Analyse, 14.0-Ziell:estrmmJrg und 14.0- Maßnahmen<msetzurg. Dabei >Mrd im ersten Scllritt ernittelt, >Me viel Ertahrung das Unternehmen nit 14.0-Technologien hat und wie die UnternehrrenSSrategie auf 14.ü-- Therrenstellungen ausgerichtet lst Im zweiten Schrttt werden cie Ziele hinsichtlidl Techndogie-Nu\zung und Strategre definiert Basierend auf den Zielen und Maßnahmen werden Projekte zur Urrsetzung im dritten Schntt geplant und abge>Mckell

AK4.0 (2016)

De Roadmap lnd ustrie4.0 ist ein vrerS:ufiger Prozess (Bestandsaufnahrre. PdenziaJe

<Jentifizeren. Poten21afe auswahJen und t:ewerten so>Me Ro~ e<ste/Jen). Dabei werden cie Bereiche Leistungserstellung (smarte Produktion) und Leistungsangebot (srmrte ProciJkte und DenstleiS:ungen) betrachtet. Zur ldentrrikation von 14.0- Techndogien w<d ein 14.0-Schichtenmodell verwendet. Rerre(}"admodelle unterstützen bei der Identifikation der notwendgen Voraussetzungen in den Bereichen Mensch, Technik und Organisation.

Impuls-Stiftung desVDMA (2015)

Das Readiness-Model! äent zur Selbstbewertung von Unternehmen. Im Kern vverden (je sechs Dimemfonen Stralegie und Orgarnsaüon, Srrart Fadcry, Srrnrt Operatrons.

Srrntt ProdUds. Data--ctrven SeN1ces und M~arte~er behandelt. Diese Dirrensionen werden wetter in einzelne Themenbereiche heruntergebrochen und anhand von lncjkatoren bewertet (Stufen 0-5) -Je hoher (je Bewertung, desto fortgeschrittener ist das Unternehmen

ABBILDUNG I: RElFEGRAD-UND VORGEHENSMODELLE

Die dargestellten Ansätze unter- scheiden sich hinsichtlich U111fang (Rei- fegrad- oder Vorgehens111odel \), Vorge- hen (Phasen) und auch Schwerpunkten (Technologie, Strategie und Prozesse). Ein allgellleingültiges Konzept ist für die U111setzung von Industrie 4.0 i111 Unternehmen nichc anwendbar. Daher bedarf es eines individuellen Transfor- macionsprozesses zu Industrie 4.0, u111 die spezifischen lndustrie-4.0-Potenzi- ale er111itteln, bewerten und nutzen zu können (Seiter er al. 2016).

J. Roadmap Industrie 4.0 Das Institut lndustrial Management der FH JOANNEUM emwickelte im Zuge eines ange,vandten Forschungs- projektes ge111einsa111 mir einem inter- national reno111111iercen 1 ndustrieuncer- neh111en eine Road111ap zur Einführung von Industrie 4.0 (Abb. 2). Die drei Phasen Roadmap-Analyse, Ziele und Umseczung sind in sechs Teilschrirte (Steps) umerteilt, die sequenziell zu durchlaufen sind. Dadurch wird eine Systematik beim Identifizieren der aktuellen lndusrrie-4.0-Reife im Uncer- neh111en und der vorhandenen Kom- petenzen sowie bei der Definition von Sol 1-Zuständen gewä h rleister.

Den Kern der Roadmap bilden fünf Rei fegrad model le. Sie decken die Handlungsfelder Einkauf, Produktion, lntralogistik. Vertrieb und fvlensch ab und sind aus de111 Ansatz der \Vert- scro111ana lyse abgeleitet (Erlach 2010).

In diesen Handlungsfeldern wird der Foku; auf die interne vertikale 11-und die unterneh111ensübergreifende horizontale IT-1 ntegration gelegt. Das er- gänzende Reifegradmodell Mensch isc

handlungsfeldübergreifend und deckt die notwendigen Kompetenzen und organisatorischen Anforderungen ab.

Dieses wird separat dargestellt, um die Position und Relevanz des Menschen als zentralen Bestandteil bei Indus- trie 4.0 zu unterstreichen (Spath et al.

2013).

Die Roadmap stellt einen Botro111- Up-Ansatz dar. indem die Fachbereiche sowohl den Ist-Zustand analysieren als auch selbständig den Soll-Zustand - natürlich i111 Rah111en der Uncerneh- 111ensstrategie - delinieren. Die fünf Rei fegrad model Je ermöglichen, den Betrachtungsumfang im Unternehmen individuell und Aexibel zu gestalten. So- mit können im Transformationsprozess sowohl einzelne ausgewählte Bereiche berücksichtigt als auch alle fünf Hand- lungsfelder gleichzeitig bearbeitet werden. 1111 Anschluss an die Festlegung der Soll-Zustände werden die erforder- lichen Maßnah111en zur Umsetzung ab- geleicer. Diese gilc es in weiterer Folge zu bewerten, um Schwerpunkte zu set- zen und Maßnahmen zu filtern. In der letzten Phase werden die bewerteten Maßnahmen ausgewählt und in eine Balanced Scorecard aufgenorn111en.

Schließlich wird die individuelle Road- map für das Umcrnch111cn definiert - das heißt. die zeitliche r,eihenfolge der geplanten Maßnahmen rn Form von konkreten Projekten fescgelegr.

In Step r gilt es. ein Bewusstsein für Industrie 4.0 i111 Unternehmen und bei den direkt beceiligcen Mitarbeitern LU schaffen. Ein Startworkshop soll hier- für einen l111puls erzeugen, indc111 die wesenclichen Inhalte. KonLcpce und Technologien von Industrie .j.:J vorge- scellc werden. Der Workshop enthält

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Anal se Ziele

r

^~ ^Umsetzun

Startworkshops für Handlungsfelder durchführen

Maßnahmen generieren und bewerten

„.--E-n1-se_h_e~ld-un_g_v_o-,be~re-lle-n~--,

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Untomehmon bcl:ommen einen Impuls zu lndusine 4 0 Hochschule modener1 und gostoltct den Workshop lnhslrosincl

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ABBILDUNG 2: ROADMAP INDUSl RIE 4.0 auch eine stetig wachsende Samm- lung an Industrie 4.0-Use Case>. um einerseits die prakti1che Umsetzung von 14.0-Technologien zu zeigen und dadurch das Thema greifbarer zu nu- chen und andererseits. um den erziel- baren Nutzen durch die Anwendung von (neuen) Tcch nologien (beispiel,- wei>e intelligenrc smarte Produkte) für Unternehmen aufzuzeigen. Zude111 i>t es wichtig, im Startworkshop den Um- fang des geplanten Vorhabens - die Anzahl der Handlungsfelder (Step 2) - zu definieren und zu ko111munizieren, damit die Mitarbeiterinnen und Mitar- beiter fri:il11eitig in den Change-Prozess eingebunden si n<l und der ·1 ramForma- tionsprozcss zu Industrie 4.c n.1chhal- tig abgesichert ist. Durch <liesen 1111- puls werden im Zuge eines erweiterten l ndu 1trie-4.o-Strategiework1hops auch die ( hancen und Risiken (externe 'licht) von 14.0 für das Unternehmen sowie deren Sr:irken und Schwachen

!interne Sicht) erarbeitet (Rusch et al.

2016).

In Step 2 geht es daru111, den )raws und clie vorh,rndenen 1'-ompetenzen im Unternehmen in Hinblick auf In- dustrie 4.0 w erheben. In jedem der fl1 n f entwickelten Rei fegrad 111odel le für die Handlungsfelder L1nkauf. Pro- duktion. lntr.1logisrik. Vertrieb und Mcmch gibt ö spetifische Fragen 1u )tratl'gischen Überlegungen und operk rivc:n Pro1.e\~en in1 Unternehmen. Fur 1ede 1 rage,tellung 'ind wiederum fünf Reifl:,rufen formuliert, die aufei1under .wfb,1uen. '>ruri: 1 beschreibt einen Zu-

\tand mir wenig bi, kl'iner IT NutZlrng und \ehr .111l.1-,..,be1_ogen ge~r ... ·w . .'rten l'rn;c"cn Ab '>tute ' 111rd ein Lnrer- pr"c Re;ourct l'l.111n1ng 1 RP -\1,tem,

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soweit 111öglich, verwendet. Zusätzlich laufen die Prozesse strukturiert und geplant ab, und es 111uss nicht mehr kurz- fristig auf Ereignisse reagiert werden.

In Stufe 4 werden die vorhandenen Möglichkeiten .1krueller, spezifischer

ll~Systeme wie Supplicr Relationship Management (SRM) fi:1r den Einkauf, 1\1anufacturing Execution System (MES) fi:1r die Produktion, Customer Relationship 1vlanage111ent (CRlvl) für den Vertrieb und Wa rehouse Manage- ment System (WMS) für die lnrralogi- stik genutzt. Stufe 5 stellt die 111axi111ale

Auspr~lgung dar - einen teilweise noch visionären Ansatz auf Grund 111öglicher Technologien von l ndustrie 4.c.

Auf Grund der Tatsache, dass In- dustrie 4.0 ein langfristiger Entwick- lungsprozess ist und Lukünfrige tech- nologische Entwicklungen noch nicht vorhergesagt werden können, beschrei- ben die Reifegradmodelle einen aktuellen Zu1tand dieser Entwicklung.

Daher wird es notwendig sein, „Stufe i„ zukünftig weiterzuentll'ickeln und die vorhandenen Reifeswfcn jeweils um eine Stufe zu rück LU rci hen das heißt, die aktuelle Stufe 5 wird wkunr:

rig die Stufe 4 bc,clueiben V DM A l·orum 2015. Es ist in der Cntwicklung und rormulierung der Reifeswfen für die jeweiligen Handlungsfelder rnn Rele1 anL. den Reifest,HUI hinreichend realisti\ch 1_u e\·aluien:n, u1n Unter- nehmen ,.al)/uholcn" und einen für

"e möglichen Lnt11 icklung,pfad in Richrung lndu,trie 4.::0 aufw1e1gen.

In der Unternchme1bpr.1\i' kommt e1 rnr, da11 bc,t1111mte Anforderungen je Rc1fc1wfo nur teih1ei'e erfüllt werden, b111. Reifemiti:n nicht rnll;r,111J1g

1111 ge).1111ren Unternehmen un1gL'\l'tlt

sind, weshalb die Bewertungslogik von Hammer (2007) Anwendung findet.

Demnach gilt eine Reifestufe bei ciber So % Umsetzungsgrad der Ansätze als vollständig, zwischen 20 % und So% als teilweise und bei weniger als 20 % der Kriterien als nicht erfüllt.

In Step 3 ist der Soll-Zustand je Handlungsfeld zu definieren. Im Rah- men der Unternehmens-und lndustrie- 4.0-Strategie erörtern interdisziplinäre Expertengruppen in Workshops, wel- che zukünftigen Soll-Zustände erreicht werden müssen, damit deren Fach- bereiche einen Beitrag zur Erfüllung der geplanten lndustrie-4.0-Strategie leisten. Das Reifegradmodell des jeweiligen Handlungsfelds dient hier auch der Bestimmung der Soll-Zustände, i nclem für jede Zieldimension eine Rei- festu fe als Ziel definiert wird. Dabei ist die maximale Ausprägung (Reifesrufe 5) als generel !er Sol 1-Zustand zu vermei- den. Vielmehr können aufgrund unterneh 111ensspezi fischer Schwerpunkte und Strukturen auch niedrigere Reife- srufen die Anforderungen des betrach- teten Handlungsfeldes erfüllen.

Auf Basis der definierren Soll-Profile je Handlungsfeld ist es in Step 4 notwendig, konkrete Maßnahmen ab- zuleiten, zu dokumentieren und zu bewerten. u111 das Delta zwischen Ist und Soll Lu eruieren. Mögliche Maß- nahmen können ct1bei teilweise direkt aus den Formulierungen der Reifesru- fen abgeleitet werden oder sind bei Bed,1rf 1u ermitteln. Die Maßnahmen werden hinsichtlich Aufwand (o ..

gering -6 ... hoch) und Nutzen (o ... gering -6 ... hoch) bewertet und mir den gesclidtaen Kosten dargestellt. Durch diese Darsrellungsform lassen sich erste ,.Q!;!ick Wins" identifizieren.

In Step \ werden die zuvor defi- nierten i'iele \oll-Profil und fllaßnah- men himichtlich RelevanL und Beitrag zur Unternchmens,trategie selektiert.

In weiterer Folgc." wird vorgc.i,chlagen, die ausgewählten 7iele und 1\laßnah- men in eine Balance Scorecard (BSC) cluf1uneh111en, erg~ln1t Ulll KennLahlen und konkrete Zi~lvorgaben zur Über- prl1fung dt:r Umseuung und Zielerrei- chung.

In ~tep 6 de1Vorgehe111rnodclls11 ird die konkrete Umset1ung mit lndmtrie- 4.::i-Pro1ckten gcpl.1nt und 1rnt Budgets n:rhunden b1\\. \·crbindlich gc.:machL [, e111ptiehlr 'ich, mir Pilorprojekren 1_u \t,1rrcn und die: ge\vonnenen 1 r~

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fahrungen aus den verschiedenen Teil- projekten jeweils in die nächsten Pla- nungs- und Umsetzungsintervalle im Rahmen der Gesamtmigration einAie- ßen zu lassen. Dadurch können auftre- tende Probleme beim Rollout in einem Unternehmensbereich frühzeitig er- kannt und behoben werden. Ergänzt um Kosten-Nutzen-Betrachtungen für abgeschlossene Pilot-oder Teilprojekte sind diese Erfahrungen wichtig für die Umsetzungsplanung zukünftiger Pro- jekte (Bildstein & Seidel man n 2014).

4. Fazit

Die Verfolgung einzelner lndustrie- 4.0-Vorhaben in einem Unternehmen führt nicht zwangsläufig zu einem hohen lndusrrie-4.0-Srarus. Denn bei der konkreten Umsetwng und Ope- rationalisierung defi n ierrer 1 ndustrie- 4.0-/Digital isieru ngsprojekte scheitern Unternehmen oft an der Herausforde- rung. aus den breit formulierten The- menstellungen den richtigen Mix aus messbaren. handhabbaren Projekten zu definieren.

Das entwickelte Konzept einer lndustrie-4.0-Roadmap erlaubt Unter- nehmen, über fC1nf wesentliche Hand- lungsfelder (Einkauf. Produktion, lntralogistik, Vertrieb und Mensch) und deren lndustrie-4.0- Reife. Digi- ra\isierungsziele und budgetwirksame Maßnahmen zu deren Erreichung abwleiten. Dabei wird der Fokus auf die interne vertikale IT-und die unter- nehmensübergreifende horizontale IT- lnregration gelegt. da hier in vielen Un- ternehmen wesentliche Potenziale der Digitalisierung liegen: Effizenz, Flexi- bilität und neue Geschäftsmodelle.

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~L1111.

TOP-THEMA @

:

FH-Prof. Dr.

Martin Tschandl

Leiter des Wirtschafts- ingenieur-Instituts lndustrial Management, FH JOANNEUM, Kapfen- berg

Dipl.-Ing. (FH) Ernst Peßl

lehrender am Wirt- schaftsingenieur-lnstitut lndustrial Manage- ment, FH JOANNEUM, Kapfenberg

Dipl.-Ing.

Siegfried Baumann

Head of Global Pro- curement and Supply Chain Services bei Flex

Auloren:

FH-Prof. Dr. Martin Tschandl ist Lei- ter des Wirtschaftsingenieur-ln>tituts lndustrial Management an der FH JOANNEUM 1n Kapfenberg. Seine Forschungs- und Lehrschwerpunkte:

Controlling. strategische Unterneh- mensentwicklung und Industrie 4.0.

Dipl.-Ing. (FH) Ernst Peßl i<t lehrender am Wirrschciftsingenieur-lnstitut lndustrial Management ~n der FH JO- ANNI UM in Kapfenberg. Seine For- schungs-und Lehrschwerpunkte: Indus- trie 4.0. Enterprisc Resource Planning.

1\ lanu facturing Execution Sy<renh.

Dipl. Ing. Siegfried Baumann ist Head of Global Procurement and ~up

ply Chain Service> bei rle" mit dem

~chwerpunkt Optimierung durch Di- gitalisierung der weltweiten )uppl) Chain.

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